UNIFEI - Campus 1: Itajubá PPG - Programas de Pós Graduação Dissertações
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Tipo: Dissertação
Título: Validação numérica-experimental do comportamento hidrodinâmico de uma turbina hélice em escala reduzida
Autor(es): AZEVEDO, Tiago Martins de
Primeiro Orientador: CAMACHO, Ramiro Gustavo Ramirez
metadata.dc.contributor.advisor-co1: TIAGO FILHO, Geraldo Lúcio
Resumo: Azevedo, T. M. (2020): Sob a modalidade de máquinas motoras, as turbinas hidráulicas axiais possuem grande aplicação no Brasil e no mundo para geração de energia elétrica; desse modo, torna-se fundamental para o dimensionamento dessas máquinas, entender as características, os critérios de funcionamento e aplicação caso a caso. Assim, o objetivo deste trabalho tem por base desenvolver um projeto preliminar de uma turbina hidráulica axial, por meio das teorias de grade, de asa de sustentação, de vórtice potencial e equilíbrio radial, de modo a serem analisados sob os métodos numéricos e de ensaios experimentais. Desse modo, usando as teorias clássicas, desenvolveu-se um projeto preliminar do rotor considerando uma distribuição de energia específica constante desde o cubo até a ponta da pá resultando em diferentes ângulos de montagem de pás. O sistema diretor foi projetado para a velocidade relativa estar alinhada com a pá do rotor, baseando-se pela composição dos triângulos de velocidades na entrada do rotor, para todas as posições radiais do cubo até a ponta da pá. Com o uso da prototipagem, fabricou-se o modelo em plástico ABS, montado na bancada de ensaios do LHPCH, considerando as grandezas independes de H, Q e rotação, dentre os valores de nqA correspondentes a rotores axiais. Para as análises numéricas, foram feitas as discretizações dos domínios, inercial e não inercial, com malhas estruturadas, não estruturadas e híbridas. Para a solução das equações RANS (Reynolds Averaged Navier Stokes) foi utilizado o modelo de turbulência k-ω SST. Assim, foram levantadas as curvas características de funcionamento da turbina atendendo critérios de convergência e independência de malha. Em contrapartida, foram feitas as análises experimentais utilizando um freio de cinta para manter a rotação constante, com variação da vazão e altura de queda, permitindo levantar as curvas características experimentais. Por fim, foram feitas as comparações entre as curvas características e as curvas de rendimento da máquina para ambas metodologias, e mesmo apresentando uma pequena divergência de valores, foi possível validar tanto o projeto preliminar, como as metodologias utilizadas neste trabalho.
Abstract: Azevedo, T. M. (2020): Considering the modality of motor machines, axial hydraulic turbines are widely used in Brazil and worldwide for hydropower generation; thus, it becomes essential to dimension these machines, to understand its characteristics, operational criteria and application on a case-to-case basis. Consequently, the objective of this work is based on developing a preliminary design of an axial hydraulic turbine, using the theories of grid, wing lift, potential vortex and radial balance, in order to analyze the project under the numerical and experimental methods. Therefore, using classic theories, a rotor preliminary design was developed considering a constant specific energy distribution from the hub to tip of blade resulting in different blade assembly angles. The distributor system was designed for the relative velocity to be aligned with the rotor blade, based on the composition of the velocity triangles at the rotor inlet, for all the radial positions of the hub to tip of blade. In addition, it was use made a prototype manufactured in ABS plastic, assembled on the LHPCH test bench, considering the independent quantities of H, Q and rotation, among the nqA values corresponding to axial rotors. For the numerical analyzes, the domains, inertial and non-inertial, were discretized with structured, unstructured and hybrid meshes. For the solution of the RANS equations (Reynolds Averaged Navier Stokes) k-ω SST turbulence model was used. Thus, the characteristic curves of the turbine's operation were developed, meeting the criteria of convergence and mesh independence. On the other hand, experimental analyzes were carried out using a belt brake to keep the rotation constant, with variation in flow and head, allowing to elicit experimental characteristic curves. Finally, comparisons were made between the characteristic curves and efficiency curves for both methodologies, and even with a small divergence of values, it was possible to validate both, the preliminary design and the methodologies used in this Master's thesis
Palavras-chave: Turbina axial
CFD
k- SST
Vórtice potencial
Equilíbrio radial
Teoria de asa de sustentação
CNPq: CNPQ::Engenharia Mecânica::Térmica, Fluídos e Máquinas de Fluxo
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal de Itajubá
Sigla da Instituição: UNIFEI
metadata.dc.publisher.department: IEM - Instituto de Engenharia Mecânica
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação - Mestrado - Engenharia Mecânica
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/2202
Data do documento: 14-Ago-2020
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